筛管挡砂性能评价试验装置研制与应用

伊西锋，董建国，刘永顺，任家敏，吕玮

（胜利油田分公司采油工艺研究院，山东东营 257000）＊

水平井裸眼防砂完井一体化技术自2007年开始在胜利油田进行了大规模的推广应用。筛管是该技术的关键工具，具有过滤面积大、渗透率高、防堵能力强、强度高，寿命长等优点，目前已在1200多口水平井上成功应用，为油田的稳产增产做出了贡献［1］。随着筛管在现场应用范围的日益扩大，逐渐暴露出2个方面的问题。

1）筛管挡砂粒径的选择主要依靠经验，如果粒径选择过大，就会导致防砂失效，油井出砂；如果粒径选择过小，则容易导致筛管堵塞，油井不产液。

2）缺乏筛管挡砂性能评价方法，没有合适的试验装置来模拟筛管现场生产情况［2－4］。

针对以上问题，笔者进行了筛管挡砂性能评价试验装置的研制，利用试验数据为筛管的设计和选择提供依据，有效地提高了筛管的应用效果。

1 试验装置

1.1 试验系统流程

试验系统由注入泵、高压管线、集散器、模拟筒、数据采集器等组成，流程如图1。由注入泵产生带压液体，通过集散器分散后注入模拟筒内部，在筛管外部形成各个方向的液体注入，液体通过筛管后从模拟筒流出进入混液池过滤，过滤后的液体重新进入注入泵，完成循环。

图1 试验系统流程

1.2 模拟筒

模拟筒结构如图2，高620 mm，内径313.6 mm，外径339.7mm，耐高压、耐腐蚀，设计承压20 MPa，内部可以安装各种筛管试验件。筛管试验件外填满模拟的地层砂，可有效模拟真实地层。在模拟筒内壁设计有分流滤网，能够充分模拟油井的径向流动。

图2 模拟筒结构

1.3 测量系统

测量系统由压力传感器，电磁流量计传感器，压力表、数据采集器、数据处理软件系统等组成，主要进行数据采集和处理。

1）地层压力流量测量根据试验要求，测量地层压力、筛管内外压力、流量等随时间的变化，其数据采集流程如图3所示。

2）砂流量测量在储液池对流出的含砂液体进行过滤，将不同时间段滤出的砂样进行烘干处理，并称重，测量在不同时间段内连续产出的砂量。

图3 地层压力和流量数据采集流程

2 试验原理

利用室内试验的方法，模拟筛管在地层中的真实生产情况。试验中筛管内外压降随时间的变化可以模拟现场应用中筛管堵塞和解堵的变化；筛管产出液体流量的变化可以模拟现场筛管的产液的变化；筛管产出砂进行粒度分析可以模拟现场筛管的挡砂情况。性能评价流程如图4所示。

图4 筛管试验流程

1）试验砂样和流体配制按照现场砂样粒径分布数据，将各粒度级别的石英砂配制成试验砂样；以现场流体特性指标为依据配制试验流体。

2）筛管试件选取整根筛管的1段，长度为555mm，过滤段长300mm。

3）试验结果评价

①筛管渗透率评价根据试验测试压力、流量数据计算筛管的渗透率，利用渗透性好坏来评价筛管的产液能力。

②筛管产出砂粒径分析根据标准Q／SH10202053—2010《筛网式筛管技术条件》，将筛管产出砂进行激光粒度分析，砂样中超过标称挡砂粒径的石英砂所占累计质量百分比小于10%，且在标称挡砂粒径以下级别的砂样均可见，则筛管的挡砂能力满足防砂要求，否则为不满足。

3 试验实例

3.1 试验目的

沾18区块为稠油底水油藏，采用裸眼防砂完井一体化及热采配套技术进行开发，试验选取该区块砂样作为试验砂样，利用试验装置对不同挡砂粒径的筛管在该区块的挡砂效果进行室内试验评价，优选出适应性最好的筛管。

3.2 试验材料

1）筛管试样选取挡砂粒径120、150、200、220μm的4种筛管。

2）砂样沾18区块沾26井Ng下1层砂样。

3）试验流体液压油，模拟稠油黏度100mPa·s。

3.3 试验过程

在模拟筒内放置筛管试件，外部充填模拟地层砂，密封试验筒，整体试压，合格后开泵泵入流体，采集压力、流量、产出砂量随时间的变化数据。将产出砂进行清洗、烘干、激光分析，最后对试验数据进行分析处理。

3.4 试验结果分析

1）流量和压力变化挡砂粒径120、150、200、220μm的4种筛管的流量和压力随时间变化曲线如图5，由图可知：4种筛管的流量、压力变化趋势相似。但是，随着挡砂粒径的逐渐变大，通过筛管的流量逐渐变大，压降逐渐变小，表明随着挡砂粒径变大，筛管的渗透性越来越好。

图5 4种筛管流量和压力随时间变化的曲线

2）挡砂能力分析通过对产出液中的砂进行激光筛析，得出4种筛管的产出砂数据如表1。由表中数据可知：120、150、200μm 3种筛管的产出砂超过标称粒径的砂数量小于10%，可以满足防砂要求，220μm 筛管产出砂超过标称粒径的砂数量均大于10%，不能满足防砂要求。

3）最佳筛管选择及现场试验根据以上试验结果，综合考虑筛管渗透性和挡砂性能，优选200μm 筛管为沾18区块的防砂筛管。该区块共应用200μm 筛管防砂完井16口，未出现因筛管粒径选择错误而导致的出砂和堵塞现象。目前已累计产液34.39万t，累计产油16.95万t，取得了较好的经济效益。

表1 4种挡砂粒径筛管出砂情况

4 现场应用情况

2008—2011年，利用该试验装置对胜利油田的草13、草20、桩1、盘14、临2、营13、营451等区块500多口水平井进行了筛管挡砂粒径优选，目前以上区块水平井均未出现筛管出砂和堵塞现象，防砂成功率达到了100%，有效地提高了筛管的应用效果。

5 结论

1）研制了一套筛管挡砂性能评价试验装置，可对139.7mm（5½英寸）和177.8 mm（7英寸）2种外径、不同挡砂粒径的筛管进行挡砂性能评价试验。

2）利用该试验装置对胜利油田草13等区块500多口水平井进行筛管挡砂粒径优选，防砂成功率达到100%，有效地提高了方案设计和单井应用的针对性。

3）该试验装置的研制成功为筛管的大规模推广应用提供了强有力的技术支撑。

［1］王增林，张全胜.胜利油田水平井完井及采油配套技术［J］.油气地质与采收率，2008，15（6）：1－5.

［2］李邦超，肖斐.疏松砂岩油层防砂机理物理模拟［J］.油气地质与采收率，2008，15（6）：102－104.

［3］崔衍领，吴旭光.复合式滤砂筛管的研制与应用［J］.石油矿场机械，2003，32（1）：47－48.

［4］强晓光，姜增所，宋颖智.调流控水筛管在冀东油田水平井的应用研究［J］.石油矿场机械，2011，40（4）：77－79.